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LABORATORIO DE CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES Practica: Metalografía

Estudiante: Capelo Santos Jonathan Fernando

Correo: [email protected]

Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP)

Resumen La práctica se realizó con el propósito de obtener una muestra metalográfica para lograr observar la composición y estructura policristalina de esta, mediante la práctica logramos entender conceptos importantes de la metalurgia, tales como los procesos que se siguen para la preparación de una muestra antes de poder observarla en el microscopio óptico, de lo que se compone una estructura metálica, en que varía la forma y el tamaño de acuerdo con el tratamiento químico que se le dé. Los procesos de preparación en la práctica son los siguientes:     

Selección de la muestra Corte de la muestra Montaje de la muestra Pulido de la muestra Ataque químico

Este proceso fue usado para plasmar una mejor vista en el microscopio al momento del estudio de la muestra, empezamos lijando la muestra dentro de la probeta hecha por la resina, esta muestra fue lijada con lijas de menor a mayor grado de rugosidad, esto nos ayudó a tener una muestra preparada para su estudio, por la cual logramos observar mediante el microscopio el tamaño del grano, los limites del grano y dislocaciones y un análisis de la microestructura del material usado. Palabras clave: metalografía, grano, microestructura.

Abstract The practice was carried out for the purpose of obtaining a metallographic sample in order to observe the composition and polycrystalline structure of this, through practice we were able to understand important 1

concepts of metallurgy, such as the processes that are followed for the preparation of a sample before being able to observe it in the optical microscope, of which a metallic structure is composed, in which the shape and size vary according to the chemical treatment that is given. The preparation processes in practice are the following: • Sample selection • Cutting of the sample • Assembly of the sample • Polishing of the sample •Chemical attack This process was used to capture a better view in the microscope at the time of the study of the sample, we began sanding the sample inside the specimen made by the resin, this sample was sanded with sandpapers of lower to greater degree of roughness, this helped us to have a sample prepared for its study, by which we were able to observe through the microscope the grain size, grain boundaries and dislocations and an analysis of the microstructure of the material used. Keywords: metallography, grain, microstructure. Introducción Metalografía Es la ciencia que estudia la composición o características de la estructura de un metal o aleación, y esto relacionándolas con propiedades tales como las físicas, químicas y mecánicas. Las características que nos arroja la metalografía son el tamaño del grano, la forma del grano, la distribución de las fases que comprenden la aleación, así como también las irregularidades que nos puede arrojar una modificación en el metal. Microscopio metalúrgico Este microscopio es muy usado en los procesos de control de calidad en las industrias, con este es posible realizar las mediciones de los componentes mecánicos y electrónicos, además permite hacer un control de la superficie y análisis óptico de los metales.

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Figura 1. Microscopio metalográfico

Figura 2. Imágenes tomadas desde un microscopio metalográfico

Cobre Es un metal de transición de color rojizo y brillo metálico, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad. Es un material dúctil, maleable y gracias a estas características se ha convertido en el material mas utilizados para crear cables eléctricos u otros componentes eléctricos. El cobre parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que permiten la presencia de excelentes propiedades mecánicas, estas aleaciones dos de las mas conocidas son el bronce y el laton. (wikipedia, wikipedia, 2017) 3

El cobre es el tercer metal mas usado en el mundo después del hierro y el aluminio. (wikipedia, wikipedia, 2017)

TABLA 1 Propiedades físicas del cobre Estado ordinario Densidad Punto de fusión Punto de ebullición Entalpia de vaporización Entalpia de fusión

Sólido(diamagnético) 8960 kg/m3 1357,77 K (1084,62 °C) 2835 K (2562 °C) 300 kJ/mol 13,1 kJ/mol

TABLA 2 PROPIEDADES ESTRUCTURALES Estructura cristalina

Cúbica centrada en las caras 7440-50-8 231-159-6 385 J 58,108 x 10**6 S/m 400W 3570 m/s

N° CAS N° EINECS Calor específico Conductividad Eléctrica Conductividad térmica Velocidad del sonido

Aluminio Es un metal no ferromagnético, es uno de los metales mas encontrados en el planeta y esta en la tercera posición, este metal se extrae de un mineral llamado bauxita. Este elemento tiene propiedades que lo hacen muy útil en la ingeniería de materiales, gracias a su baja densidad, su resistencia a la corrosión en gran magnitud, mediante aleaciones se puede hacer que este sea mas resistente, el aluminio es un buen conductor de electricidad y calor y este es el metal que mas se utiliza después del acero. (wikipedia, wikipedia, 2016)

TABLA 3 Propiedades físicas del aluminio. Estado ordinario Densidad Punto de fusión Punto de ebullición Entalpía de vaporización Entalpía de fusión Presión de vapor Volumen molar

Sólido 2698,4 Kg/m3 933,47 K (660 °C) 2792 K (2519 °C) 293, 4 kJ/mol 10,79 kJ/mol 2,42 x10**6 10x10**6 m3/mol 4

TABLA 4 PROPIEDADES ESTRUCTURALES Estructura cristalina

Cúbica centrada en las caras 7429-90-5 231-072-3 900 J 237 W/K.kg 37,7 x 10**6 S/m 70 GPa 6400 m/s

N° CAS N° EINECS Calor específico Conductividad térmica Conductividad eléctrica Módulo elástico Velocidad del sonido Acero ASTM A-572

El acero ASTM A-572 es usado en muchas aplicaciones estructurales como:      

Puentes Edificios Equipos de construcción Vagones de carga Maquinaria pesada Torres de transmisión, entre otras

Plancha Galvanizada La plancha galvanizada no es mas que un proceso electroquímico que se trata de cubrir un metal con otro metal, esta plancha siempre se recubre de acuerdo a su carga eléctrica, es decir que la laplancha del metal mas cargado va encima de la plancha del metal con menos carga, y así existe una atracción entre los metales y con ayuda de procesos se logra obtener una plancha compacta. El galvanizado mas común se trata de depositar una capa de Zinc (Zn) sobre una capa de hierro (Fe), esto se usa por lo general en las tuberías de agua, en donde la oxidación es mayor y el galvanizado protege de la oxidación al material mas propenso a deterioro por oxidación. (wikipedia, galvanizada, 2015)

Varilla de acero corrugado Es un acero laminado, diseñado específicamente para construcción de estructuras de hormigón armado. Esta, se trata de una varilla, la cual tiene unos relieves que permiten que el hormigón se adhiera, estas varillas tienen gran ductilidad, lo cual permite que se puedan cortar, doblar con mayor facilidad. A un conjunto de varillas de acero corrugado le podemos llamar armadura, ya que forman un conjunto homogéneo, es decir todas estas varillas unen sus propiedades para resistir un esfuerzo en conjunto con el hormigón. (wikipedia, Varillas de acero corrugado, 2014)

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Equipos e instrumentación      

Pulidora Pasta de alumina/diamante Varilla de acero corrugado Banco de lijas Microscopio metalográfico Nital al 2%

Procedimiento experimental Esta practica inicia con la obtención de la muestra a estudiar, esta la podemos escoger de un lugar en especifico del metal ( lugar de falla en una pieza, limite entre una soldadura y un metal base), luego procedemos con el corte, este se lo obtiene con diferentes instrumentos, todo depende de la dureza de este, enseguida hacemos un montaje de la muestra, este se trata de encapsular la muestra en un compuesto, en este caso de nuestra práctica fue la resina, lo cual pudimos hacerlo logrando la obtención de la probeta que nos proporciona facilidad de manejo al momento del pulido, luego de esto viene el pulido grueso, este se hace con las lijas de menor calibre, las cuales debemos lijar en una dirección y al cambiar a la siguiente lija lo hacemos en dirección de 90° a la dirección de la lija anterior y así seguimos hasta llegar a la lija de calibre más alto, luego viene el pulido fino, el cual lo hacemos usando la pulidora, en esta ponemos en forma de asterisco la pasta de alumina/ diamante en la pulidora y pasamos la muestra de afuera hacia el centro de la pulidora para así obtener un pulido deseado, por ultimo hicimos un estudio de lo observado en el microscopio.

Figura 3. Procedimientos en la práctica Resultados  El Aluminio después del ataque químico, usando H2O + HNO3 (40%) + HCl (60%) compuesto usado en el paralelo 103

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Figura 4. Aluminio – después de ataque químico (20 sg.)

 El aluminio antes del ataque químico, en este usaríamos H2O + HNO3 (10%) + HCl (6%) compuesto después del ataque químico, usado en el paralelo 101

Figura 5. ALUMINIO 20X-ANTES DE ATAQUE QUIMICO

 El aluminio después del ataque químico, usando H2O + Na(OH) (2%) compuesto usado en el paralelo 102

Figura 6. ALUMINIO 50X- DESPUES DE ATAQUE QUIMICO (8 SG)

 El aluminio después del ataque químico, usando H2O + HNO3 (40%) + HCl (60%). compuesto usado en el paralelo 104

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Figura 7. ALUMINIO 50X- DESPUES DE ATAQUE QUIMICO (13 SG)

En los cuatro puntos anteriores, tenemos los resultados de los ataques químicos que se le realizó al ALUMINIO con diferentes químicos.

A continuación, mostraremos resultados de lo que obtuvimos con el acero ASTM A 572.

Figura 8. Acero ASTM A 572 antes de ataque químico 50x

Figura 9. Acero ASTM A 572 después de ataque químico 50x con Nital por 15 sg

A continuación, mostraremos los resultados de la varilla corrugada.

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Figura 10. ACERO (VARILLA CORRUGADA) 50X - ANTES DE ATAQUE QUIMICO

Figura11. Varilla corrugada después de ataque químico 50x con Nital por 17 sg

A continuación, mostraremos los resultados del cobre.

Figura 12. COBRE 50x – ANTES de ataque químico.

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Figura 13. COBRE 50X- DESPUES DE ATAQUE QUIMICO (12 SG)

A continuación, mostraremos los resultados del acero ASTM A 572

Figura 14. Acero ASTM A 572 antes de ataque químico 50x

Figura 15. Acero ASTM A 572 después de ataque químico 50x con Nital por 15 sg

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Figura 16. Plancha galvanizada después del ataque químico

Figura 17. Hierro dúctil antes del ataque.

Figura 18. Hierro dúctil después del ataque.

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Análisis de resultados Después de un largo trabajo de pulido, obtuvimos una imagen en el microscopio la cual nos ayuda a analizar los siguientes resultados: 1. Entre el hierro dúctil y la plancha galvanizada obtuvimos una gran diferencia después del ataque químico, podremos observar que el grano en el hierro dúctil es mas pequeño que en la plancha galvanizada, la forma del grano en la plancha galvanizada no tiene forma predeterminada teniendo ferrita y perlita, pero se acerca a una figura geométrica, de varios lados, pero la forma del granito en el hierro dúctil después del ataque tiene forma circular teniendo ferrita, perlita, ledeburita. (Guzman, 2013) 2. Entre la varilla corrugada d acero y el acero ASTM A 572 obtuvimos mediante las imágenes que después del aplicarle el ataque químico, en el acero ASTM la forma del grano es alargada y grande, pero en la varilla de acero obtuvimos un grano en forma cristalina y tamaño grande. 3. En el aluminio logramos verificar cual es la sustancia mas afectiva a la hora del ataque químico, ya que aquí, pudimos comprobarlo observando que imagen es más nítida y fácil de hacer un estudio a la microestructura, en este experimento la sustancia más efectiva fue H2O + HNO3 (40%) + HCl (60%) la cual nos ayudo a observar que el grano del aluminio no tiene forma predeterminada y que es grande.

Conclusiones  La metalografía es una herramienta importante para estudiar la microestructura de cualquier metal, esta nos ayuda a comprobar y a analizar de qué manera trabaja un metal.  El proceso para la preparación de una muestra lo realzamos y le damos la importancia necesaria, ya que si no se realiza una etapa de preparación la muestra no se podrá analizar mediante el microscopio.  El pulido y el ataque químico son fundamentales en la preparación, por medio de estos podemos obtener un gran porcentaje de la preparación de la muestra, por ende, realizar un buen pulido y un buen ataque químico nos proporciona una buena imagen en el microscopio para el análisis respectivo.

Recomendaciones  Al momento de realizar la probeta, se recomienda que el largo de esta sea lo suficiente, para que el usuario o el practicante no se lastime con la lija  En la maquina pulidora no es necesario hacer presión de la muestra sobre la lija, simplemente es pasarlo de manera suave sobre la lija junto con la pasta sobre la lija.  Al momento de cambiar de lija, es muy necesario cambiar la dirección de lijado, es decir cambiar de dirección en 90° para así perder todas las líneas que no permitan observar bien la muestra

Bibliografía Guzman, I. F. (06 de 2013). analisis de aceros por microscopia optica. Obtenido de file:///C:/Users/jfcap/Downloads/METALOGRAFIA2.pdf Leecosteel. (2015). leecosteel. Obtenido de https://www.leecosteel.com/es/a572-steel-plate-grade-42,50,-60,-65.html

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wikipedia. (2 de 2014). Varillas de acero corrugado. Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Acero_corrugado wikipedia. (07 de 2015). galvanizada. Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Galvanizado wikipedia. (2016). wikipedia. Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio wikipedia. (9 de 2017). wikipedia. Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Cobre

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